کودهای زیستی چه هستند و چه کاربردهایی دارند؟

توانایی کودهای زیستی برای تشکیل یک تنوع میکروبی سطح بالا در خاک ممکن است به بهره وری بهتر محصول برای کشاورزی پایدار منجر شود.کودهای زیستی که به احیای خاک کشاورزی کمک می‌کنند و در نتیجه سلامت محصول را برای کشاورزی پایدار بهبود می‌بخشد، ارائه کرد. این کودها می‌تواند به کشاورزان اجازه دهد تا کشاورزی را بهبود بخشند و به استاندارد بالایی از کیفیت خاک برسند و متعاقباً منجر به توسعه گیاهان افزایش یافته شود.

. میکروب‌های خاک با یکدیگر و همچنین با ریشه‌های گیاهان به روش‌های متعددی همکاری می‌کنند و طیف گسترده‌ای از اقدامات ضروری را فراهم می‌کنند که برای حفظ تعادل اکولوژیکی در خاک ارزشمند است.

برهمکنش‌های میکروبی گیاهی اگر باعث بهبود بقای گیاه، وضعیت تغذیه‌ای و بهره‌وری محصول شوند، مثبت هستند و اگر رشد گیاه را کاهش دهند، منفی هستند. حاصلخیزی خاک به طور جدایی ناپذیری با تعادل میکروارگانیسم ها و گیاهان مرتبط است.

مواد مغذی مورد نیاز هر موجود زنده ای در این جهان است. در مجموع 17 ماده مغذی ضروری گیاه برای رشد مناسب گیاهان اجباری است. این 17 ماده مغذی بر اساس مقدار مورد نیاز به سه دسته تقسیم می شوند مانند مواد مغذی اصلی (کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر و پتاسیم)، مواد مغذی جزئی مانند گوگرد، کلسیم و منیزیم و ریز مغذی ها (نیکل، روی، و... مولیبدن، منگنز، آهن، مس، کلر و بور). این گیاه اکسیژن، هیدروژن و کربن را از هوا و آب می گیرد، اما سایر مواد مغذی از خاک به صورت غیر آلی گرفته می‌شود.

کود زیستی چیست؟

کود زیستی یا کود بیولوژیکی ماده‌ای است که حاوی میکروارگانیسم‌های زنده یا غیرفعال است که ریزوسفر را مستعمره کرده یا در داخل گیاهان وجود دارد و به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم با تأمین تغذیه باعث رشد گیاهان می‌شود. میکروارگانیسم‌های موجود در خاک که به‌عنوان کودهای زیستی استفاده می‌شوند، می‌توانند از طریق فرآیندهای بیولوژیکی مانند تثبیت نیتروژن، حل شدن فسفر، حل شدن روی، تولید سیدروفورها و تولید مواد محرک رشد گیاه، مواد مغذی را از خاک بسیج کرده و از طریق فرآیندهای بیولوژیکی از شکل غیرقابل استفاده به شکل قابل استفاده تبدیل کنند.کودهای زیستی روی بذر، ریشه، خاک یا بوسیله محلول پاشی استفاده می‌شود تا فعالیت میکروبی را از طریق تکثیر آنها افزایش دهد که سپس مواد مغذی را برای گیاهان هدف بسیج می‌کند که حاصلخیزی خاک را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد و زودتر سلامت و تولید محصول را افزایش می‌دهد.

انواع تنش های زیستی و غیر زیستی در گیاهان

استرسهای(زیستی) بیوتیک مسئول آسیب رساندن به گیاهان توسط ارگانیسم های بیماری زا مانند باکتری ها، قارچ ها، ویروس ها، انگل ها و حشرات و سایر گیاهان مضر است. آنها با ایجاد بیماری هایی مانند پژمردگی آوندی، لکه های روی برگ، شانکر، کمبود مواد مغذی، آسیب سیستماتیک، کلروز، رشد کوتاه مدت و کاهش بنیه گیاه و در نهایت باعث مرگ گیاهان می‌شوند. منجر به کاهش بهره وری محصول می شوند. گیاه از طریق مکانیسم‌های مستقیمی مانند سنتز متابولیت‌های ثانویه، هورمون‌ها، آنزیم‌های تجزیه‌کننده دیواره سلولی و آنتی‌اکسیدان‌ها از خود در برابر استرس زیستی محافظت می‌کند. مکانیسم های غیرمستقیم شامل القای مقاومت سیستماتیک اکتسابی، الگوهای مولکولی پاتوژن گیاهی (PAMPs) است که به نوبه خود باعث ایجاد ایمنی و پروتئین های مقاومت گیاه می‌شود. میکروارگانیسم‌ها فسفر و روی را حل می‌کنند، نیتروژن و سایر عناصر درشت و ریز مغذی را تثبیت می‌کنند که باعث رشد گیاهان در شرایط تنش زیستی با ارائه تغذیه میشود. آنها همچنین با بیان ژن فیتوهورمون ها و متابولیت های مرتبط با استرس، مقاومت به تنش را در گیاهان افزایش می‌دهند. برخی از میکروارگانیسم ها نیز برای محافظت از گیاه در برابر عوامل بیماری زا، ترکیبات آلی فرار (VOCs) مانند ملاتونین تولید می‌کنند هنگامی که پاتوژن حمله می‌کند، گیاه ترکیبات مختلفی را در بافت ها تولید می‌کند که منجر به فعال شدن مکانیسم های دفاعی در داخل گیاهان می‌شود مانند مقاومت سیستماتیک القایی، پراکسیدازها، فنیل آلانین آمونیاک لیاز، پلی فنل اکسیداز و حساسیت.

تغییرات آب و هوایی یکی از عوامل اصلی افزایش تنش غیرزیستی بر محصولات است که منجر به کاهش بهره وری محصول می شود. تنش‌های غیرزیستی مرتبط با آب و هوا شامل خشکسالی، غرقابی، گرمای بیش از حد، و تنش‌های غیرزیستی مرتبط با خاک عبارتند از حاصلخیزی، فلزات سنگین و شوری. همه اینها مسئول بازده ضعیف محصولات در سراسر جهان هستند. در شرایط خشکی آب کمتری در دسترس گیاهان است و کودهای زیستی پتانسیل تولید سیتوکینین، جیبرلین، اسید آبسیزیک و اکسین را دارند که باعث افزایش رشد گیاه، طول ریشه، سطح کل و تشکیل کرک های ریشه می شود. و ریشه های جانبی، که جذب آب از خاک کم آب را افزایش می دهد. آلاینده های آزاد شده از صنعت بدون هیچ گونه عملیات دیگری در صورت انتشار در محیط باعث تجمع فلزات سنگین مانند مس، سرب، نیکل، روی و غیره می شوند که اثرات مضری بر گیاهان و جانوران دارند. این فلزات سنگین توسط میکروارگانیسم های حل کننده و معدنی کننده مواد مغذی میکرو و کلان از محیط خارج می‌شوند. تنش گرمایی باعث تغییرات سلولی مانند تولید گونه های فعال اکسیژن، کاهش تورژسانس سلولی، کاهش جذب آب، کاهش رشد گیاهان و در نهایت منجر به مرگ گیاه با نشان دادن علائم اولیه مانند پیری برگ، آسیب به کلروپلاست، پژمردگی گیاه و کلروز می‌شود. در حالی که دمای پایین باعث غیرفعال شدن پروتئین و کاهش سیالیت غشای سلولی میشود که منجر به افزایش فتوسنتز، عدم تعادل حمل و نقل آب میشوند. تمام این تنش‌های مربوط به دما توسط گیاهان پس از تجمع پروتئین آبدوست و اسمولیت مقابله می‌کنند.

هوانگ و همکاران (2015) گزارش کردند که به دلیل غلظت بالای نمک، سمیت سلولی به دلیل تجمع یون های سدیم و کلرید در داخل سلول افزایش می یابد که به نوبه خود فرآیندهای فتوسنتزی، باز و بسته شدن روزنه، انقباض سلول در بافت روزنه را مختل می‌کند. مطالعات مختلف نشان داد که باکتری‌ها و قارچ‌های میکوریزای آربوسکولار با افزایش رشد و نمو گیاه به بقای گیاهان در شرایط تنش شوری کمک می‌کنند. در این بررسی، ما در مورد کودهای زیستی و مکانیسم آن برای تولید محصول و تحمل زیستی/غیر زیستی برای کشاورزی پایدار بحث خواهیم کرد.

در هند، کود زیستی به استفاده از میکروارگانیسم ها برای رفع نیازهای تغذیه ای اشاره دارد، در حالی که در کشورهای دیگر از اصطلاح زیست تلقیح میکروبی استفاده میشود. کودهای زیستی کودهای آلی مبتنی بر زیستی هستند که می‌توانند از منابع گیاهی یا حیوانی یا از سلول‌های میکروبی زنده یا خفته باشند که پتانسیل بهبود فراهمی زیستی و دسترسی زیستی جذب مواد مغذی در گیاهان را دارند (لی و همکاران، 2018؛ ابی و همکاران. ، 2019). بهاردواج و همکاران (2014) گزارش کردند که توده میکروبی زنده جزء اصلی کودهای زیستی است. بنابراین کودهای زیستی به درستی به عنوان "فرآورده های حاوی میکروب های زنده که با تثبیت نیتروژن اتمسفر، حل کردن فسفر یا تجزیه ضایعات آلی یا با افزایش رشد گیاه از طریق تولید هورمون های رشد با فعالیت های بیولوژیکی خود به افزایش حاصلخیزی خاک کمک می کنند" تعریف می شوند. کودهای زیستی عموماً به صورت جامد یا خشک استفاده می‌شوند که پس از بسته بندی بر روی حامل های مناسب مانند مواد معدنی رسی، سبوس برنج، ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، سبوس گندم، هوموس و زغال چوب تهیه می شوند. حامل‌ها عمر مفید عامل زیستی را افزایش می‌دهند و مدیریت آسان تلقیح‌های میکروبی را امکان‌پذیر می‌کنند.

مزایای استفاده از کودهای زیستی چیست؟

مزایای کودهای زیستی شامل هزینه کم، افزایش در دسترس بودن مواد مغذی، بهبود حاصلخیزی خاک، محافظت از گیاهان در برابر عوامل بیماری‌زای خاک، تولید کشاورزی پایدار، افزایش تحمل به تنش‌های زیستی و غیرزیستی، ارتقای تولید هورمون گیاهی، بهبود سلامت خاک، ایجاد آلودگی کمتر محیطی و... استفاده مستمر از آن باعث بهبود حاصلخیزی خاک میشود.

 بر اساس منبع و ماده اولیه، کودهای زیستی جهانی در دو دسته عمده مانند کود زیستی مبتنی بر بقایای آلی و کود زیستی مبتنی بر میکروارگانیسم ها به بازار عرضه می شود.

کود سبز، بقایای گیاهی، لجن فاضلاب تصفیه شده و کود دامی مزرعه معمولاً کودهای زیستی با پایه آلی هستند. در حالی که برعکس، کودهای زیستی مبتنی بر میکروارگانیسم ها حاوی میکروارگانیسم های مفیدی مانند باکتری ها، قارچ ها و جلبک ها هستند. به طور مستقیم یا غیرمستقیم، این کودهای زیستی واسطه عملکرد رشد گیاه هستند. مکانیسم‌های مستقیمی که مستقیماً روی گیاهان عمل می‌کنند شامل تثبیت نیتروژن، انحلال فسفات، حل شدن ریز مغذی‌ها و تولید هورمون‌های گیاهی است. مکانیسم غیرمستقیم به طور کلی با آزاد کردن آنزیم‌های لیتیک، آنتی‌بیوتیک‌ها، سیدروفورها و تولید سیانید، گیاه را از اثرات مضر عوامل بیماری‌زا محافظت می‌کند.

در هند، کود زیستی به استفاده از میکروارگانیسم ها برای رفع نیازهای تغذیه ای اشاره دارد، در حالی که در کشورهای دیگر از اصطلاح زیست تلقیح میکروبی استفاده میشود. کودهای زیستی کودهای آلی مبتنی بر زیستی هستند که می‌توانند از منابع گیاهی یا حیوانی یا از سلول‌های میکروبی زنده یا خفته باشند که پتانسیل بهبود فراهمی زیستی و دسترسی زیستی جذب مواد مغذی در گیاهان را دارند.

میکروب های همزیست تثبیت کننده نیتروژن

در فرآیند همزیستی، ماکرو همزیستی گیاه و میکروسیمبیونت ها باکتری های پروکاریوتی هستند. همزیستی ریزوبیوم و حبوبات یکی از مهمترین روابط متقابل بین گره های ریشه گیاه و میکروارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژن است. روابط متقابل زمانی آغاز می‌شود که گیاه شروع به ترشح فلاونوئیدها و ایزوفلاونوئیدها در ریزوسفر خود کرد، جایی که توسط Rhizobium شناسایی شد. سلول های باکتریایی به طور نهایی به باکتروئیدها تمایز می یابند و توسعه بیشتر باکتری ها منجر به تشکیل سیمبیوزوم می شود که محل تثبیت نیتروژن است. این تثبیت نیتروژن اتمسفر در داخل گره توسط آنزیم نیتروژناز انجام می شود. به عنوان مثال می توان به ریزوبیوم مرتبط با گیاهان حبوبات، فرانکیا (اکتینومیست ها) مرتبط با گیاهان غیر لگومینه آزولا و جلبک آبی-سبز Anabaena azollae و ارتباط سیانوباکتری ها با ژیمنوسپرم ها اشاره کرد. تثبیت نیتروژن به بهبود حاصلخیزی خاک و بهره وری محصول کمک می کند. در تثبیت N2 آنزیم کیتیناز تولید کرده و عملکرد گیاهان بادام زمینی را بهبود می بخشد. سیستم همزیستی یونجه-ریزوبیوم می تواند تثبیت نیتروژن گیاه را تحریک کند، تولید هورمون گیاهی را افزایش دهد و رشد گیاه را تقویت کند.

باکتری های تثبیت کننده نیتروژن آزاد

بیشتر ازتوباکتر مورد مطالعه قرار می گیرد زیرا یک باکتری آزاد، غیر همزیست و فوتوتروپیک است. Azotobacter chroococcum را می توان به عنوان یک کود زیستی استفاده کرد زیرا پتانسیل تثبیت 10 میلی گرم نیوتن بر گرم از منبع کربن عرضه شده در شرایط آزمایشگاهی را دارد. هورمون های گیاهی مانند اسیدهای ایندول استیک، اسیدهای جیبرلیک، اسید نفتالین استیک و ویتامین B کمپلکس توسط ازتوباکتر تولید می شوند. ضمن اینکه باعث رشد ریشه می شود، پاتوژن های ریشه را مهار می کند، به جذب مواد معدنی کمک می کند و حاصلخیزی خاک را بهبود می بخشد. به عنوان مثال می توان ازتوباکتر، باسیلوس، کلستریدیوم و آزوسپیریلوم را نام برد.

کودهای زیستی آزاد کننده فسفر

آنها باکتری های مفیدی هستند که به طور موثر فسفر محلول و کانی سازی ترکیب فسفر آلی را بسیج می کنند، هر دو شکل غیرقابل دسترس فسفر هستند. باسیلوس، سودوموناس و ریزوبیوم نماینده میکروارگانیسم های بسیج کننده فسفر (PMB) هستند. سه مکانیسم مختلف برای این فرآیند گزارش شده است. اول، PMB آنزیم فسفاتاز را آزاد می کند. دوم اینکه PMB اسیدهای آلی تولید می کند. آخرین PMB اضافه شده ممکن است به صورت همزیستی با میکوریزاهای قارچی دیگر که فسفر محلول را از مکان‌های دور که ریشه‌های گیاه نمی‌توانند با جذب فسفات محلول توسط هیف‌ها به آن برسند، به حرکت در می‌آورد. یکی از مزایای عمده میکوریزا آربوسکولار انتقال فسفر به صورت غیر آلی و آلی به گیاهان است. نمونه‌هایی از قارچ‌های میکوریزا آربوسکولار (AMF) شامل Acaulospora sp.، Glomus sp.، Entrophospora و Paraglomus sp. و اکتومیکوریزا عبارتند از Amanita، Laccaria و Boletus spp. اندوفیت قارچی (Serendipita) محتوای پتاسیم را در ذرت افزایش داد و گیاهان را از تنش شوری محافظت کرد.